์ ์ฌ์ค
(Jae-Yoon Jeong)
1iD
๊ณฝ์์
(Sang-Shin Kwak)
โ iD
-
(School of Electrical and Electronic Engineering, Chung-Ang University, Korea.)
Copyright ยฉ The Korean Institute of Electrical Engineers(KIEE)
Key words
SiC-MOSFET, Bidirectional DC-DC converter, High electric field, Aging
1. ์ ๋ก
์ ๊ธฐ๋ฅผ ๋๋ ฅ์ผ๋ก ์ฌ์ฉํ๋ ์นํ๊ฒฝ ๊ธฐ์ ๋ค์ ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ธํด ์ ๋ ฅ ๋ฐ๋์ฒด ์์๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๊ณ ์๋ค. ์ ๊ธฐ ์๋์ฐจ, ํ์๊ด ์์คํ
๊ณผ ๊ฐ์ ์นํ๊ฒฝ ๊ธฐ์ ๋ค์ ๊ณ ์ฅ
์ ์ธ๋ช
ํผํด ๋ฐ ์ฌ์ฐ ํผํด๋ฅผ ์ ๋ฐํ ์ ์์ผ๋ฏ๋ก ์์คํ
์์ ์ฑ ๋ฐ ์ ๋ ฅ ๋ฐ๋์ฒด ์ ๋ขฐ์ฑ์ ๋์ด๋ ๊ฒ์ด ์ค์ํ๋ค. ์ ๋ ฅ ๋ฐ๋์ฒด๋ ์ ๋ ฅ ๋ณํ ์์คํ
์ ํ์์ ์ธ
์์๋ก ์ ์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ ์ฌ๋ฌ ์๋ ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ผ ๋ค์ํ ์ํฅ์ ๋ฐ๊ฒ ๋๋ค. ๋ฐ๋์ฒด ์์๋ ๋น์๊ตฌ์ ์ธ ์ฅ์น๋ก ๋
ธํ๋ ์๋ก ์์คํ
์ ์ฑ๋ฅ ์ ํ๋ฅผ ์ ๋ฐํ ์
์๋ค. ์ ๋ ฅ ๋ฐ๋์ฒด ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ณ์ ๋ฐ ์ฑ๋ฅ ๋ณํ๋ฅผ ๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด ๋ง์ ์ฐ๊ตฌ๋ค์ด ์งํ๋์ด ์๋ค. ์ต๊ทผ์๋ ์ ๋ ฅ ๋ฐ๋์ฒด์ธ ๊ณ ์ฃผํ ๋ฐ ์ ์์ค ํน์ฑ์
๊ฐ์ง๋ Silicon-carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (SiC-MOSFET)์
์ฌ์ฉ์ด ์ฆ๊ฐํ๊ณ ์๋ค (1)-(2). SiC-MOSFET์ ๊ฒฝ์ฐ ๋์ ์ ์บ๋ฆฌ์ด์ ๋์ ์ด๋์๋์ง ๋ฐ ์์ ์ดํ ํ์ ๋ฐ์์ผ๋ก ์ธํด ๊ฒ์ดํธ ์ฐํ์ธต ๋ฐ ์์ ํจํค์ง์ ๋
ธํ ๋ฐ์ํ ์
์๊ณ ์ด๋ ์์ ์ค์์น ํน์ฑ์ ์ํฅ์ ์ค๋ค (3)-(5). ์ง์์ ์ผ๋ก ์คํธ๋ ์ค๊ฐ ์์ผ ๊ฒฝ์ฐ ๊ฒ์ดํธ ์ฐํ์ธต ์ ์ฐ ํ๊ดด ํน์ ํจํค์ง ์์์ผ๋ก ์ธํด ๊ฒ์ดํธ ๋๋ ์ธ ๋จ๋ฝ ๊ณ ์ฅ ํน์ ๊ฒ์ดํธ ์์ค ๋จ๋ฝ ๊ณ ์ฅ ๋ฑ์ด
๋ฐ์ํ์ฌ ์ ์ฒด์ ์ธ ์ ๋ ฅ๋ณํ ์์คํ
์ ์ํฅ์ ์ค ์ ์๋ค. ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ SiC-MOSFET ๋
ธํ ํน์ฑ์ ๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ๊ฐ์ ์คํ, ๋๋ธ
ํ์ค ํ
์คํธ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ํตํ ์ปจ๋ฒํฐ ํจ์จ ๋ฐ ์์ค ๋ณํ๋ฅผ ๋ถ์ํ์๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ ๋ ฅ ๋ฐ๋์ฒด์ ๋
ธํ๋ฅผ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด์๋ ๋ง์ ์๊ฐ์ด ์์๋๋ฏ๋ก
์ ๋ ฅ ๋ฐ๋์ฒด ๋
ธํ ๊ฐ์ ์คํ์ด ๋ง์ด ์ฌ์ฉ๋๋ค. ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ๋
ธํ ๊ฐ์์ ์ํด ์ ๋ ฅ ๋ฐ๋์ฒด ์์ ๊ฒ์ดํธ์ ๊ณ ์ ์์ ์ธ๊ฐํ๋ ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ๊ฐ์ ์คํ์
์งํํ์ฌ ์ค์์นญ ์์์ ๋
ธํ๋ฅผ ๊ฐ์ํ์๋ค (6)-(9). ์ดํ ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ค์์นญ ์์ ํน์ฑ ๋ณํ๋ฅผ ๋ถ์ํ์๋ค. ๋
ธํ์ ์ํด ๋ฌธํฑ์ ์ ํน์ ์จ ์ ํญ๊ณผ ๊ฐ์ ์ค์์นญ ํน์ฑ์ด ๋ฐ๋ ๊ฒฝ์ฐ, ์์ ์ค์์น ์ฒ์ด
์๊ฐ์ ์ํฅ์ ์ฃผ์ด ๋ฐ๋ ํ์์ ์ํฅ์ ์ค ์ ์๋ค. ์ด๋, ์-์ค๋ฃจ ํ์ ๋ฐ ์์ค ์ฆ๊ฐ๋ฅผ ์ผ์ผํฌ ์ ์์ด ์์คํ
ํจ์จ ์ ํ๋ฅผ ์ ๋ฐํ ์ ์๋ค (8). ์ค์์นญ ์์ ๋
ธํ๊ฐ ์ ๋ ฅ ๋ณํ ์์คํ
์ ๋ผ์น๋ ์ํฅ์ ์์๋ณด๊ธฐ ์ํด, ์์ ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์์คํ
์ ์์ค ๋ฐ ํจ์จ ๋ณํ๋ฅผ ๋ถ์ํ์๋ค. ์์ค ๋ณํ๋ฅผ
๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ๋ฅผ ์งํํ์๊ณ ์์ ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ฅธ ํด ์จ ์์ค, ํด ์คํ ์์ค, ์ญ ํ๋ณต ์์ค, ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ค์ด์ค๋
์ ๋ ์์ค์ ์ธก์ ํ์๋ค (10)-(11). ์ถ๊ฐ๋ก ์์ค๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ํด ์จ ๋ฐ ํด ์คํ ์ ์ค์์น ์ฒ์ด ์๊ฐ ๋ณํ, ๊ธฐ์ ์ค์ค๋ ์ด์
๊ณผ ๊ฐ์ ์ค์์นญ ํน์ฑ์ ๋ณํ ๋ํ ๋ถ์ํ์๋ค. ๊ธฐ์ ์ค์ค๋ ์ด์
์
๋น ๋ฅธ ์๋๋ก ์ค์์นญ ํ๋ Wide-Band Gap(WBG) ์์์์ ์ฃผ๋ก ๋ฐ์ํ๋ ํ์์ด๋ค (12)-(14). ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ๋ฅผ ํตํด ์ธก์ ํ ์์ค ๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ ์ํํธ์จ์ด ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ํตํด ๋ชจ๋ธ๋งํ์๋ค. ์ดํ, ํด๋น ์์ค ๋ชจ๋ธ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ ๋ ฅ ๋ณํ ์์คํ
์ ์ ์ฉํ์ฌ
SiC-MOSFET์ด ์ฌ์ฉ๋ ์๋ฐฉํฅ DC-DC ์ปจ๋ฒํฐ์์ ์์ ๋
ธํ ์ ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ด ์์ค ๋ณํ ๋ฐ ํจ์จ ๋ณํ๋ฅผ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ํตํด ํ์ธํ์๋ค.
2. SiC-MOSFET ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ๊ฐ์ ์คํ
SiC-MOSFET ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์์คํ
์์ค ๋ฐ ํจ์จ ๋ณํ์ ๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ๊ฐ์ ์คํ์ ์งํํ์๋ค. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ๊ฐ์ ์คํ์ ์์์ ๊ฒ์ดํธ-์์ค
๋จ์ ์ ๊ฒฉ ์ด์์ ๊ณ ์ ์์ ์ธ๊ฐํ์ฌ ์์ ๊ฒ์ดํธ ์ฐํ์ธต์ ๋
ธํ๋ฅผ ๋ฐ์์ํค๋ ์คํ์ด๋ค. ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ 50V์ ์ ์์ ๊ฒ์ดํธ-์์ค ๋จ์ ์ธ๊ฐํ์๋ค.
๋
ธํ ์๋ฃ๋ ๋
ธํ๋ ์์๋ฅผ ๋งํ๋ค. ์คํ์ ์์จ(25หC)์์ ์งํํ์๊ณ ๋
ธํ๋ 3600์ด ๋์ ์งํํ์ฌ ๋์ผ ์๊ฐ ๋์ ๋
ธํ ์ ๋๋ฅผ ํ์ธํ์๋ค.
์คํ์ ์ฌ์ฉ๋ SiC-MOSFET์ ๋
ธํ ์ ํน์ฑ ๋ณ์๋ ํ 1๊ณผ ๊ฐ๊ณ ๋
ธํ ์ดํ ์จ ์ ํญ ๋ฐ ๋ฌธํฑ ์ ์ ๋ณํ๋์ ํ 2์ ๊ฐ๋ค. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์ดํ ์จ ์ ํญ์ ๋
ธํ ์๋ฃ(A)๋ 77mฮฉ, ๋
ธํ ์๋ฃ(B)๋ 83mฮฉ ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ๋ฌธํฑ ์ ์์ ๋
ธํ์๋ฃ(A)๋ 5.33V,
๋
ธํ์๋ฃ(B)๋ 5.31V ์ฆ๊ฐํ์๋ค.
ํ 1. SiC-MOSFET ํ๋ก ๋ณ์
Table 1. SiC-MOSFET datasheet parameters
์์๋ช
: SCT3080AL
|
ํ๋ก ๋ณ์
|
๋ณ์ ๊ฐ
|
$V_{D S}$
|
650 V
|
$R_{D S}$ (์จ ์ ํญ)
|
80 ~ 104 mฮฉ
|
$I_{D S}$
|
30 A
|
$V_{t h}$ (๋ฌธํฑ ์ ์)
|
2.7 ~ 5.6 V
|
ํ 2. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์ดํ ์จ ์ ํญ ๋ฐ ๋ฌธํฑ ์ ์ ๋ณํ
Table 2. On-resistance and Threshold-voltage change after high-electric field aging
๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์ดํ ๋ณ์ ๋ณํ
|
์จ ์ ํญ
๋ณํ๋
|
๋
ธํ ์๋ฃ (A)
|
+ 77 mฮฉ
|
๋
ธํ ์๋ฃ (B)
|
+ 83 mฮฉ
|
๋ฌธํฑ ์ ์ ๋ณํ๋
|
๋
ธํ ์๋ฃ (A)
|
+ 5.33 V
|
๋
ธํ ์๋ฃ (B)
|
+ 5.31 V
|
๊ทธ๋ฆผ. 1. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ๊ฐ์ ์คํ์ ์ํ ํ๋ก๋
Fig. 1. Schematic for high-electric field aging acceleration experiments
3. ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ
์์ ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ค ์ค์์นญ ํน์ฑ ๋ณํ๋ฅผ ๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ๋ฅผ ์งํํ์๋ค. ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ ํ๋ก ๋ฐ ์ค์ ์คํ ์
์
๋ ์๋ ๊ทธ๋ฆผ 2๊ณผ ๊ฐ๋ค. ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ๋ ์์ ์ฑ๋ฅ์ ํ์
ํ๊ธฐ ์ํด ์์ฃผ ์ฌ์ฉ๋๋ ํ
์คํธ๋ก ์ธ๋ํฐ ์ฑ๋ถ๊ณผ ์ ๋ฅ ํ์ค์ ๊ธธ์ด๋ฅผ ์กฐ์ ํ์ฌ ์ํ๋ ์ ๋ฅ ๊ฐ์ ์ธ๊ฐํ
์ ์๋ค. ํด๋น ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ ํ๋ก์์ ํ์ค ์ ํธ๋ฅผ ์ธ๊ฐํ์ฌ ์ค์์น ์ฒ์ด ์๊ฐ์์ ๋ฐ์ํ๋ ์์ค์ธ ํด ์จ ์์ค(Eon), ํด ์คํ ์์ค(Eoff)
๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ญํ๋ณต ์์ค(Err)์ ์ธก์ ํ์๋ค. ๋ํ, ์ ๋ฅ๊ฐ ํ๋ฅผ ๋ ๋ฐ์ํ๋ ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค๊ณผ ๋ค์ด์ค๋ ์ ๋ ์์ค์ ์ธก์ ํ์๋ค (10). ํด ์คํ ์์ค์ ๊ทธ๋ฆผ 2(a) M1์ ์ฒซ ๋ฒ์งธ ํ์ค ํด ์คํ ์ค์์น ์ฒ์ด ๊ตฌ๊ฐ์์ ์ ์ ์์น ๋ฐ ์ ๋ฅ ํ๊ฐํ ๋๋ฅผ ์ธก์ ํ์๋ค. ์ฒซ๋ฒ์งธ ํ์ค๊ฐ ์คํ๋ ์ดํ ์ธ๋ํฐ์ ์ํด M2์
๋ค์ด์ค๋๋ก ์ ๋ฅ $i_{F}$๊ฐ ํ๋ฅด๊ฒ ๋๋ค. ์ดํ ๋๋ฒ์งธ ํ์ค๊ฐ M1์ ๋ฐ์ํ ๋ ํด ์จ ์ค์์นญ ๊ตฌ๊ฐ์์ ํด ์จ ์์ค๊ณผ ์ญํ๋ณต ์์ค์ ์ธก์ ํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 2. (a) ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ ํ๋ก๋ (b) ์ค์ ์คํ ์
์
Fig. 2. (a) Double pulse test schematic (b) Actual experimental setup
๊ทธ๋ฆผ 3๋ ํด ์จ, ์คํ ์ ์ ํ์ ์ธ ์ค์์น ์ฒ์ด ๊ตฌ๊ฐ์์์ ๋๋ ์ธ-์์ค ์ ์ ์ ๋ฅ ํํ($V_{DS}$, $i_{DS}$)์ ๋ํ๋ธ๋ค. ์ค์์น ์ฒ์ด ๊ตฌ๊ฐ์์
๋ฐ์ํ๋ ์์ค์ ์ค์ค๋ก์ค์ฝํ ๊ตฌ๊ฐ ์์ค ์ธก์ ๊ธฐ๋ฅ์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ธก์ ํ์๊ณ ์ด๋
์(1),
(2),
(3)๊ณผ ๊ฐ๋ค. ํด ์คํ ์์ค์ ์ ๋ฅ ํ๊ฐ ๋ฐ ์ ์ ์์น ๊ตฌ๊ฐ(T1 to T4)์ ๋จ์์๊ฐ์ ๋ํด ์ ๋ถํ์ฌ ์ธก์ ํ์๊ณ , ํด ์จ ์์ค์ ์ ๋ฅ ์์น ๋ฐ ์ ์
ํ๊ฐ ๊ตฌ๊ฐ(T5 to T8)์ ๋จ์ ์๊ฐ์ ๋ํด ์ ๋ถํ์ฌ ์ธก์ ํ์๋ค. ์ญํ๋ณต ์์ค์ ์ ๋ฅ์ ์ ๋ก-ํฌ๋ก์ฑ ํฌ์ธํธ์ ๋ํด ์ ๋ถํ์ฌ ์ธก์ ํ์๋ค.
์ดํ ํด ์จ ํน์ ํด ์คํ ์ ์์ ๋๋ ์ธ ์ธก์ ์ ์ ์์น ํน์ ํ๊ฐ ์๊ฐ์ ์ธก์ ํ์๋๋ฐ, ์ ์ ์์น ์๊ฐ์ $V_{DS}$๊ฐ 10 %์ผ ๋๋ถํฐ 90%์
๋๋ฌํ ๋๊น์ง์ ์๊ฐ์ ์ธก์ ํ์๊ณ ์ ์ ํ๊ฐ ์๊ฐ์ $V_{DS}$๊ฐ 90%์์ 10%์ ๋๋ฌํ ๋๊น์ง์ ์๊ฐ์ ์ธก์ ํ์๋ค. ์ค์์นญ ์์์ ๋น ๋ฅธ ์ค์์นญ
์๋๋ก ์ธํด ์ค์์นญ ๊ตฌ๊ฐ์์ ๊ธฐ์ ์ค์ค๋ ์ด์
์ด ๋ฐ์ํ๋๋ฐ, ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ธฐ์ ์ค์ค๋ ์ด์
๋ณํ ์ถ์ด ๋ํ ํ์ธํ์๋ค
๊ทธ๋ฆผ 4 (a), (b)๋ ๊ฐ๊ฐ ๋
ธํ ์ ํ ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ๋ฅผ ํตํด ์ธก์ ํ ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค ์ธก์ ๊ฐ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ฒ์ ์ ์ ์ Fresh ์์์ 4.8A๊ฐ ๋ํต ๋ ๋
์์ค ๊ฐ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ํด๋น ๊ฒ์ ์ ์ ์ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ๋
ธํ๋ ์์์ 4.8A๊ฐ ํ๋ฅผ ๋๋ฅผ ์ดํด๋ณด๋ฉด, ์์ค ๊ฐ์ด ๊ทธ ๋ณด๋ค ์์นํ ๊ฒ์ ์ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 5(a), (b)๋ ๊ฐ๊ฐ ๋
ธํ ์ ํ ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ๋ฅผ ํตํด ์ธก์ ํ ๋ค์ด์ค๋ ์ ๋ ์์ค ์ธก์ ๊ฐ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ฒ์ ์ ์ ์ Fresh ์์์ 2.8 A๊ฐ ๋ํต ๋ ๋
์์ค ๊ฐ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ํด๋น ๊ฒ์ ์ ์ ์ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ๋
ธํ๋ ์์์ 2.8A๊ฐ ํ๋ฅผ ๋๋ฅผ ์ดํด๋ณด๋ฉด, ์์ค ๊ฐ์ด ๊ทธ ๋ณด๋ค ์์นํ ๊ฒ์ ์ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 6๋ ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์คํ์ ์งํํ์์ ๋ ๋
ธํ ์๋ฃ์ ํด ์จ ์ค์์นญ ๊ตฌ๊ฐ ํํ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์คํ์ ๋ฐ๋ผ ๋
ธํ ์๋ฃ์๋ ํํ์ด ๋ค์ ์ง์ฐ๋
๋ชจ์ต์ ๋ณด์ธ๋ค. ๋
ธํ ์๋ฃ์ ๊ฒฝ์ฐ ํ 1์ ํน์ฑ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ํตํด ๋ฌธํฑ ์ ์์ด ์์นํ ๊ฒ์ ์ ์ ์๋๋ฐ ์ด๋ก ์ธํด ์์์ ํด ์จ ์์น ์๊ฐ์ด ์ง์ฐ๋์๋ค. ์ ์ ํ๊ฐ ์๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ๋ ์๋นํ ์ฆ๊ฐํ
๊ฒ์ผ๋ก ๋ณผ ์ ์๋๋ฐ, 155 [ns]์์ 200 [ns]๋ก 45 [ns]๋งํผ ์์นํ์๋ค. ์ ์ ํ๊ฐ ์๊ฐ์ ์ฆ๊ฐ๋ ํด๋น ๊ตฌ๊ฐ์์์ ํด ์จ ๊ตฌ๊ฐ์
์์ค ์ฆ๊ฐ๋ก ์ด์ด์ ธ ์ปจ๋ฒํฐ์ ํจ์จ์ ์ํฅ์ ์ค ์ ์๋ค. ๋ํ, ์ ์ ํ๊ฐ ์๊ฐ์ ์ฆ๊ฐ๋ก ์ธํด ์ ์ ์์น ๋ณํ์จ dv/dt๊ฐ ๊ฐ์ํ์ฌ ํด ์จ ์๊ฐ์ด
๊ฐ์ํ๋ฏ๋ก ๊ธฐ์ ์ค์ค๋ ์ด์
์ฑ๋ถ์ด ๊ฐ์ํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์ธ๋ค. ๋๋ถ์ด, ์ ๋ฅ ์ค์ค๋ ์ด์
์ ์ต๋๊ฐ๋ 11 A์์ 9.9 A๋ก ๊ฐ์ํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 3. ์ค์์นญ ๊ตฌ๊ฐ์์์ ์ ํ์ ์ธ ํํ ๊ทธ๋ํ (a) ํด ์คํ ํํ (b) ํด ์จ ํํ (c) ์ญํ๋ณต ํํ
Fig. 3. Typical waveform graph in the switching section (a) Turn-off waveform (b)
Turn-on waveform (c) Reverse recovery waveform
๊ทธ๋ฆผ. 4. ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค ์ธก์ ํํ (a) ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์ (b) ๋
ธํ ์๋ฃ
Fig. 4. Transistor conduction loss measurement waveform (a) Before high-electric
field aging (b) Aging sample
๊ทธ๋ฆผ. 5. ๋ค์ด์ค๋ ์ ๋ ์์ค ์ธก์ ํํ (a) ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์ (b) ๋
ธํ ์๋ฃ
Fig. 5.Diode conduction loss measurement waveform (a) Before high-electric field aging
(b) Aging sample
๊ทธ๋ฆผ. 6. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์ ํ ํด ์จ ํํ
Fig. 6. Turn-on waveforms before and after high-electric field aging
๊ทธ๋ฆผ 7๋ ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ๊ฐ์ ์คํ๋ฅผ ์งํํ์์ ๋ ๋
ธํ ์๋ฃ์ ํด ์คํ ์ค์์นญ ๊ตฌ๊ฐ ํํ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ํด ์คํ๊ฐ ๋นจ๋ผ์ง๋ ๋ชจ์ต์ ๋ณด์ด๋๋ฐ, ๋์์ง ๋ฌธํฑ์ ์์ผ๋ก
์ธํด ์ ์์ด ์์นํ๋ ์์ ์ด ์๋น๊ฒจ์ก๊ณ ์ ์ ํ๊ฐ ์๊ฐ ๋ํ ๊ฐ์ํ๋ ๋ชจ์ต์ ๋ณด์ธ๋ค. ์ ์ ํ๊ฐ ์๊ฐ์ 56 [ns]์์ 38 [ns]๋ก 18 [ns]
๊ฐ์ํ์๊ณ ํด๋น ์ ์ ํ๊ฐ ์๊ฐ์ ๊ฐ์๋ ํด ์คํ ์ ๋ฐ์ํ๋ ์๋์ง ์์ค์ ๊ฐ์๋ก ์ด์ด์ง๋ค. ๋
ธํ ์ ์์์ ๋
ธํ ์๋ฃ์ ํด ์คํ ์์ค์ ๋น๊ตํ์์
๋ 36 [mJ]์์ 22 [mJ]๋ก 14 [mJ] ๊ฐ์ํ๋ ๋ชจ์ต์ ๋ณด์๋ค. ์ ์ ์์น ์๊ฐ์ ๊ฐ์๋ ์ ์ ์์น ๋ณํ์จ dv/dt์ ์ฆ๊ฐ๋ก ์ด์ด์ง๋ค.
dv/dt์ด ์ฆ๊ฐํ ๊ฒฝ์ฐ ์์์ ๊ธฐ์ ์ค์ค๋ ์ด์
์ด ์ฆ๊ฐํ๊ฒ ๋๋ค. ๋
ธํ ์๋ฃ์ ๊ฒฝ์ฐ ํด๋น ์ค์ค๋ ์ด์
์ด ์๋นํ ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๊ณ ์ ์ ์ค์ค๋ ์ด์
์
์ต๋๊ฐ๋ 148V์์ 168V๋ก ์์นํ์๋ค. ํด๋น ์ ์ ์ค๋ฒ ์ํธ๋ ๋ค๋ฅธ ์์ ๋ฐ ์์คํ
์ ์ํฅ์ ์ค ์ ์๊ณ ๊ณ ์ ์์ผ๋ก ์ธํด ์์์ ๋
ธํ๊ฐ ๊ฐ์๋
์ ์๋ค. ๋๋ถ์ด, ์ ๋ฅ ํ๊ฐ ์ดํ 1A์ ์ถ๊ฐ์ ์ธ ์ค์ค๋ ์ด์
์ ๋ฅ ์ฑ๋ถ๋ ๋ณผ ์ ์๋ค. ์ด๋ ์ถ๊ฐ์ ์ธ ์์ค์ ์ ๋ฐํ๊ณ ๋ฐ๋ ํ์์ ์ํฅ์ ์ค ์
์๋ค. ๊ณผ๋ํ ์ ๋ฅ์ ์ํ ์-์ค๋ฃจ ํ์์ ๋ฐ์์ํฌ ์ ์์ผ๋ฉฐ ์ ๋ ฅ๋ณํ์์คํ
์ ์ฌ๊ฐํ ์์์ ์ ๋ฐํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 7. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์ ํ ํด ์คํ ํํ
Fig. 7. Turn-off waveforms before and after high-electric field aging
๊ทธ๋ฆผ 8๋ ์ ๋ฅ ํฌ๊ธฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค๊ณผ ๋ค์ด์ค๋ ์์ค์ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋
ธํ ์ดํ ๋
ธํ์๋ฃ (A), ๋
ธํ์๋ฃ(B) ๋ชจ๋ ์ ๋ฅ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ํด์๋ก ์์ค ์ฆ๊ฐ๊ฐ
๋ ํฌ๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค. ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค์ ๋ณํ๊ฐ ๋ค์ด์ค๋ ์ ๋ ์์ค์ ๋นํด ๋ ๋๋๋ฌ์ง๊ฒ ๋ํ๋ฌ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 9๋ ์ ๋ฅ ํฌ๊ธฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ํด ์จ ์์ค, ํด ์คํ ์์ค ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ญํ๋ณต ์์ค์ ๋ํ๋ธ๋ค. ํด ์จ ์์ค์ ๊ฒฝ์ฐ ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ผ ์ ๋ฅ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ํด์๋ก ๋ ํฌ๊ฒ ๋ณํํ๋ค.
ํด ์คํ ์์ค์ ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ์ํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์ด๋ฉฐ ์ ๋ฅ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ํด์๋ก ๋
ธํ ์ ์์์์ ๊ฐ์ ์ฐจ์ด๊ฐ ๋ ํฌ๊ฒ ๋ํ๋๋ค. ํด ์จ ์์ค๊ณผ ํด ์คํ ์์ค์
์๋ก ์๋ฐ๋๋ ์ฆ๊ฐ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์ธ๋ค. ์์์ ๋
ธํ๊ฐ ์งํ๋ ๊ฒฝ์ฐ ์ ๋ฅ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ํด์๋ก ์ ๋ ์์ค ๋ฐ ํด ์จ ์์ค ๊ฐ์ ์ฆ๊ฐ ํญ์ด ์ปค์ ธ ์ปจ๋ฒํฐ ํจ์จ ์ ํ๋ฅผ
์ผ์ผํฌ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ด ๋ ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 8. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์ดํ ์ ๋ฅ ํฌ๊ธฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ๋ ์์ค ์ธก์ ๊ฐ (a) ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค (b) ๋ค์ด์ค๋ ์ ๋ ์์ค
Fig. 8. Measurement of conduction loss according to current magnitude after high electric
field aging (a) Transistor conduction loss (b) Diode conduction loss
๊ทธ๋ฆผ. 9. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์ดํ ์ ๋ฅ ํฌ๊ธฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ค์์นญ ์์ค ์ธก์ ๊ฐ (a) ํด ์จ ์์ค (b) ํด ์คํ ์์ค (c) ์ญํ๋ณต ์์ค
Fig. 9. Measurement of switching loss according to current magnitude after high electric
field aging (a) Turn-on loss (b) Turn-off loss (c) Reverse recovery loss
4. ๊ฒฐ ๊ณผ
์์์ ์งํํ ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ ์์ค ์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ชจ๋ธ๋งํ์๊ณ ํด๋น ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ํผ์ฌ-์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ์ ์ฉํ์ฌ ์ ๋ ฅ ๋ณํ ์์คํ
์์ SiC-MOSFET
๋
ธํ์ ๋ฐ๋ฅธ ํจ์จ ๋ณํ๋ฅผ ๋ถ์ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 10์ ๊ฐ๊ฐ ํผ์ฌ ํ๋ก๊ทธ๋จ์ผ๋ก ๊ตฌํํ ์๋ฐฉํฅ DC-DC ์ปจ๋ฒํฐ์ ํด๋น ์์ค ๋ชจ๋ธ์ ์ ์ฉํ ๋์ํ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 11์ ๋ถ์คํธ ์ปจ๋ฒํฐ๋ก ๋์ํ ๋, ์ธ๋ํฐ ์ ๋ฅ ํํ ๋ฐ ์ถ๋ ฅ ์ ์ ํํ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ์ปจ๋ฒํฐ์ ์
๋ ฅ ์ ์์ 200 V์ด๊ณ ๋
ธํ ์ ์์์ ๋
ธํ ์๋ฃ์
์์ค ๋ชจ๋ธ๋ง์ ์ฌ์ฉํ์๊ณ ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ค์์นญ ์์ ๋
ธํ๋ฅผ ๊ฐ์ ํ์ฌ ๋
ธํ ์ ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ํจ์จ์ ์ธก์ ๋ฐ ๋ถ์ํ์๋ค. S1 ์์๊ฐ ๋
ธํ๋ ๊ฒฝ์ฐ(๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ
โ
), S2 ์์๊ฐ ๋
ธํ๋ ๊ฒฝ์ฐ(๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ โ
ก) ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ S1, S2 ๋ชจ๋ ๋
ธํ๋ ๊ฒฝ์ฐ(๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ โ
ข) ์ด 3๊ฐ์ง ๋
ธํ ์ํ์ ๋ํด์ ์ปจ๋ฒํฐ ๋
ธํ
์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ์งํํ์๋ค. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์๋ ๋
ธํ์๋ฃ(A)์ ์์ค ๋ชจ๋ธ๋ง์ ์ฌ์ฉํ์๊ณ ๋ถ์คํธ ์ปจ๋ฒํฐ๋ก ๋์ํ ๋ ์์ค ๋ณํ ๋ฐ ํจ์จ ๋ณํ๋ฅผ ์ธก์ ํ๋ค. ์ด์
์ค์์น ์ํ์ ํ์ฌ ์ค์์น ์ํ๊ฐ ๋์ผํ์ง ์์ ๊ฒฝ์ฐ ์์ค ๋ชจ๋ธ์ ์ด์ฉํ์ฌ ํด ์จ ์์ค, ํด ์คํ ์์ค ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ญํ๋ณต ์์ค์ ์ธก์ ํ๊ฒ ๋๋ค. S2
ํธ๋์ง์คํฐ์ ์จ ์ํ์ ๋ฐ๋ผ ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค ๋ฐ ๋ค์ด์ค๋ ์ ๋์์ค์ ์ธก์ ํ๋ค. ์ดํ ํด๋น ์์ค์ ์ด ํฉ๊ณผ ์
๋ ฅ ํ์๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์(4)์ ํตํด ํจ์จ์ ๊ณ์ฐํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 12์ 3๊ฐ์ง ์ปจ๋ฒํฐ ๋
ธํ ์ํ ๋ฐ ์์ ๋
ธํ ์ ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ํจ์จ ๋ณํ ์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋
ธํ ์ ์ปจ๋ฒํฐ๋ฅผ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ โ
, โ
ก, โ
ข์ ํจ์จ
๋ณํ๋ฅผ ์ธก์ ํ์๊ณ ์ ๋ ฅ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๋ฐ๊ฟ๊ฐ๋ฉฐ ์ธก์ ํ์๋ค. ํ๊ท ์ ์ผ๋ก ๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ(โ
)๋ 0.22%, ๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ(โ
ก)๋ 4.4% ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ(โ
ข)๋
4.6% ๊ฐ์ํ์๋ค. ์ถ๊ฐ๋ก, ์ ๋ ฅ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ๋ ํด์๋ก ๋ ํฐ ํจ์จ ๊ฐ์๋ฅผ ๋ณด์ด๋๋ฐ, ๊ฐ์ฅ ๋
ธํ๋ ์ปจ๋ฒํฐ ์ํ์ธ 10kW ์ ๋ ฅ์ ๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ(โ
ข)์์
9.59%์ ํจ์จ ๊ฐ์๋ฅผ ๋ณด์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 13๋ 6kW์ผ ๋ ์ปจ๋ฒํฐ ๋
ธํ ์ํ ๋ฐ ์์ ๋
ธํ ์ ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ค ๋ถํฌ ๊ทธ๋ํ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ์๋ฐฉํฅ DC-DC ์ปจ๋ฒํฐ๊ฐ ๋ถ์คํธ ์ปจ๋ฒํฐ๋ก ๋์ ์, S1
์ค์์นญ ์์์๋ ๋ค์ด์ค๋์ ์ํ ์์ค๋ง ๋ฐ์ํ๋ค. ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ผ ๋ค์ด์ค๋ ์์ค ๋ณํ๋์ ํฌ์ง ์์ผ๋ฏ๋ก ๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ(โ
)์ ๊ฒฝ์ฐ ๋ ๋ฎ์ ํจ์จ ๊ฐ์๋ฅผ
๋ณด์๋ค. ๋ฐ๋ฉด, S2 ์์์ ๊ฒฝ์ฐ์ ์ ๋ฅ๊ฐ ๋๋ ์ธ-์์ค๋ก ํ๋ฌ ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค์ด ๋ฐ์ํ๋๋ฐ, ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ฅธ ํฐ ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค์ ์ฆ๊ฐ๋ก ์ธํด
๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ(โ
ก)๊ณผ ๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ(โ
ข)์์ ๋ ํฐ ์์ค ์ฆ๊ฐ๋ฅผ ๋ณด์๋ค. ๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ(โ
)์ ๊ฒฝ์ฐ ๋ค์ด์ค๋ ์ ๋ ์์ค์ด 12.41W ๋งํผ ์ฆ๊ฐํ์๊ณ ๋ค๋ฅธ
์์ค์๋ ๋ณํ๊ฐ ์๋ค. ๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ(โ
ก)์ ๊ฒฝ์ฐ ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค์ 231.5W ์ฆ๊ฐํ์๊ณ ํด ์จ ์์ค์ 5.79W ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ๋ฐ๋ฉด, ํด ์คํ
์์ค์ 1.04 W ๊ฐ์ํ์๋ค. ๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ(โ
ข)์ ๊ฒฝ์ฐ ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค, ๋ค์ด์ค๋ ์ ๋ ์์ค, ํด ์จ ์์ค์ด ์ฆ๊ฐํ์๊ณ ํด ์คํ ์์ค์ ๊ฐ์ํ๋
๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค. ์ญํ๋ณต ์์ค์ ๋ชจ๋ ๊ฒฝ์ฐ์์ ์์ค ๊ฐ์ด ๊ฑฐ์ ๋ณํ์ง ์์๋ค. ํด ์จ ์์ค๊ณผ ํด ์คํ ์์ค์ ์๋ก ์๋ฐ๋ ์ฆ๊ฐ ํน์ฑ์ผ๋ก ์ธํด, ์์
๋
ธํ ์ ์ค์์น ์ฒ์ด ๊ตฌ๊ฐ์์ ๋ฐ์ํ๋ ์์ค์ ํฉ์ ์ ๋ ์์ค์ ๋ณํ์ ๋นํด ์๊ฒ ๋ํ๋๋ค. ๋
ธํ ์ดํ ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค์ด ์ฐจ์งํ๋ ๋น์ค์ ์ ์ฒด
์์ค์ 74 ~ 77%์ผ๋ก ๋
ธํ ์ ์ปจ๋ฒํฐ์์์ ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค ๋น์ค(36%)์ ๋นํด ์๋นํ ์ฆ๊ฐํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ. 10. ์๋ฐฉํฅ DC-DC ์ปจ๋ฒํฐ ํ๋ก๋
Fig. 10. Bidirectional DC-DC Converter Schematic
๊ทธ๋ฆผ. 11. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํํ (a) ์ธ๋ํฐ ์ ๋ฅ (b) ์ถ๋ ฅ ์ ์
Fig. 11. Simulation waveform (a) inductor current (b) output voltage
๊ทธ๋ฆผ. 12. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์์ ์ฌ์ฉ ์๋ฐฉํฅ DC-DC ์ปจ๋ฒํฐ ์ ๋ ฅ ํฌ๊ธฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ํจ์จ ๋ณํ
Fig. 12. Efficiency change according to power size of bidirectional DC-DC converter
using the transistor aging by high electric field
๊ทธ๋ฆผ. 13. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์์ ์ฌ์ฉ ์๋ฐฉํฅ DC-DC ์ปจ๋ฒํฐ ์์ค ๋ถํฌ๋
Fig. 13. Bidirectional DC-DC converter loss distribution chart using the transistor
aged by high electric field
5. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ๊ฐ์ ์คํ์ ํตํด SiC-MOSFET์ ๋
ธํ๋ฅผ ๊ฐ์ํ์๊ณ , ์์ ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ฅธ ํน์ฑ ๋ณํ ๋ฐ ์ ๋ ฅ ๋ณํ ์์คํ
์์์ ์์ค
๋ฐ ํจ์จ ๋ณํ๋ฅผ ๋ถ์ํ์๋ค. ์ค์์น ํน์ฑ ๋ฐ ์์ค ๋ณํ๋ ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ๋ฅผ ํตํด ์ธก์ ํ์๋ค. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์ดํ์๋ ๋์์ง ๋ฌธํฑ์ ์์ผ๋ก ์ธํด ํด ์จ
์๊ฐ์ ์ง์ฐ๋๊ณ ํด ์คํ ์๊ฐ์ ๊ฐ์ํ๋ค. ํด-์จ ํน์ฑ์ ๋ณํ๋ ์ค์์นญ ์ ๋ฐ์ํ๋ ์์ค์ ์ํฅ์ ์ฃผ๋๋ฐ, ํด ์จ ์์ค์ ์ฆ๊ฐํ๊ณ ํด ์คํ ์์ค์
๊ฐ์ํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์ธ๋ค. ์ญํ๋ณต ์์ค ๊ฐ์ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ํฐ ๋ณํ๋ฅผ ๋ณด์ด์ง ์์๋ค. ํธ๋์ง์คํฐ ์ ๋ ์์ค๊ณผ ๋ค์ด์ค๋ ์ ๋์์ค์ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ์ ๋ฅ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์ปค์ง์๋ก
๋
ธํ ์ ์์์์ ์์ค ์ฐจ์ด๊ฐ ๋ ์ปค์ก๋ค. SiC-MOSFET ๋
ธํ ์ ํน์ฑ ๋ณํ๋ก ์ธํ ์ค์์นญ ๊ตฌ๊ฐ์ ์ฆ๊ฐ, ๊ฐ์๋ ์์ ๋์ ์ ๋ฐ์ํ๋ ๊ธฐ์
์ค์ค๋ ์ด์
์๋ ์ํฅ์ ์ฃผ๊ฒ ๋๋ค. ๊ณ ์ ๊ณ ๋
ธํ ์ดํ ์ง์ฐ๋ ํด ์จ ์๊ฐ์ผ๋ก ์ธํด ์ ์ ํ๊ฐ ์๊ฐ์ด ๋ ์ฆ๊ฐํ๊ฒ ๋์ด ๊ธฐ์ ์ค์ค๋ ์ด์
์ฑ๋ถ์ด ๊ฐ์ํ๋ค.
๋ฐ๋ฉด์ ํด ์คํ ์ ์ ์ ์์น ์๊ฐ์ ๊ฐ์ํ๋ฏ๋ก ๊ธฐ์ ์ค์ค๋ ์ด์
์ด ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ํด๋น ์ค์ค๋ ์ด์
์ฑ๋ถ์ ๊ณผ์ ์, ๊ณผ์ ๋ฅ, ์์ค ์ฆ๊ฐ ๋ฐ
EMI ๋
ธ์ด์ฆ ์ฆ๊ฐ๋ฅผ ์ ๋ฐํ ์ ์๊ณ ์ด๋ ์ ๋ ฅ ๋ณํ ์์คํ
์ ๋ถ์ ์ ์ธ ์ํฅ์ ์ค ์ ์๋ค. ๋๋ธ ํ์ค ํ
์คํธ๋ก ์ธก์ ํ ์์ค ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ปค๋ธ-ํผํ
์ ํตํ์ฌ
๋ชจ๋ธ๋งํ์๊ณ ์ด๋ฅผ ์๋ฐฉํฅ DC-DC ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ ์ฉํ์๋ค. ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ, ๊ฐ์ฅ ๋
ธํ๋ ์ปจ๋ฒํฐ ์ํ์ธ ๋
ธํ ์ปจ๋ฒํฐ(โ
ข)์์ 9.59%์ ํจ์จ ๊ฐ์๋ฅผ ๋ณด์๋ค.
์์ค ์ฆ๊ฐ์ ์ดํด๋ณด์์ ๋, ์์ ๋
ธํ์ ๋ฐ๋ผ ์ปจ๋ฒํฐ์์ ๋ฐ์ํ๋ ํด ์จ ์์ค๊ณผ ์ ๋ ์์ค์ ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ๋ฐ๋ฉด, ํด ์คํ ์์ค์ด ๊ฐ์ํ์๊ณ ์ญํ๋ณต
์์ค์ ๊ฑฐ์ ๋ณํ์ง ์์๋ค. ํนํ, ์ค์์นญ ์์ค๋ณด๋ค ์ ๋ ์์ค์ ๋น์จ์ด ๋ ๋ง์ด ์ฆ๊ฐํ์ฌ ๋
ธํ ์ ์ ๋ ์์ค์ ์ํฅ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ๋์์ง๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค.
Acknowledgements
์ด ๋
ผ๋ฌธ์ ์ ๋ถ(๊ณผํ๊ธฐ์ ์ ๋ณดํต์ ๋ถ)์ ์ฌ์์ผ๋ก ํ๊ตญ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋จ (No. 2020R1A2C1013413) ๋ฐ 2021๋
๋ ์ ๋ถ(๊ณผํ๊ธฐ์ ์ ๋ณดํต์ ๋ถ)์ ์ฌ์์ผ๋ก
ํ๊ตญ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋จ-๊ธฐํ๋ณํ๋์๊ธฐ์ ๊ฐ๋ฐ์ฌ์
(2021M1 A2A2060313)์ ์ง์์ ๋ฐ์ ์ํ๋ ์ฐ๊ตฌ๋ก์, ๊ด๊ณ๋ถ์ฒ์ ๊ฐ์ฌ๋๋ฆฝ๋๋ค.
References
W. M. Choi, H. G. Ahn, Feb 2017, The Switching Characteristic and Efficiency of New
Generation SiC MOSFET, Journal of the Korea Institute of Information and Communication
Engineering, Vol. 21, No. 2, pp. 353-360
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
J. H. Song, J. S. Kim, K. B. Park, 2021, Performance Comparison of 3-Level 800V Inverter
based on 650-V IGBT and 2-Level 800V Inverter based on 1200-V SiC MOSFET for 800-V
Electric Propulsion Systems, The Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 1219-1220
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
U. Karki, F. Z. Peng, ECCE, Precursors of gate-oxide degradation in silicon carbide
MOSFETs, IEEE, ECCE, Portland, OR, USA, pp. 857-561
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
X. Ye, C. Chen, Y. Wang, G. Zhai, G. J. Vachtsevanos, Jun 2017, Online condition monitoring
of power MOSFET gate oxide degradation based on miller platform voltage, IEEE Trans.
Power Electron, Vol. 32, No. 6, pp. 4776-4784
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
M. Xie, P. Sun, K. Wang, Q. Luo, X. Du, Jun 2022, Online Gate-Oxide Degradation Monitoring
of Planar SiC MOSFETs Based on Gate Charge Time, IEEE Trans. Power Electron., Vol.
37, No. 6, pp. 7333-7343
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
U. Karki, N. S. Gonzalez-Santini, F. Z. Peng, Jun 2020, Effect of gate-oxide degradation
on electrical parameters of silicon carbide MOSFETs, IEEE Trans. Electron Devices,
Vol. 67, No. 6, pp. 2544-2552
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
U. Karki, F. Z. Peng, Dec 2018, Effect of gate oxide degradation on electrical parameters
of power MOSFETs, IEEE Trans. Power Electron, Vol. 33, No. 12, pp. 10764-10773
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
W. R. Jensen, S. N. Foster, Mar 2021, Online detection of MOSFET gate oxide degradation
in a three-phase inverter-drive application, IEEE Trans. Transport. Electrific, Vol.
vol 7, No. 1, pp. 50-57
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
A. J. Lelis, R. Green, D. B. Habersat, M. El, Feb 2015, Basic mechanisms of threshold-voltage
instability and implications for reliability testing of SiC MOSFETs, IEEE Trans. Electron.
Devices, Vol. 62, No. 2, pp. 316-323
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
B. Gutierrez, S. -S. Kwak, 2020, Cost-Effective Matrix Rectifier Operating With Hybrid
Bidirectional Switch Configuration Based on Si IGBTs and SiC MOSFETs, IEEE Access,
Vol. 8, pp. 136828-136842
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
M. H. Ahmed, M. Wang, M. A. S. Hassan, I. Ullah, 2019, Power Loss Model and Efficiency
Analysis of Three-Phase Inverter Based on SiC MOSFETs for PV Applications, IEEE Access,
Vol. 7, pp. 75768-75781
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
J. Chen, X. Du, Q. Luo, X. Zhang, P. Sun, L. Zhou, Dec 2020, A Review of Switching
Oscillations of Wide Bandgap Semiconductor Devices, IEEE Trans. Power Electronics,
Vol. 35, No. 12, pp. 13182-13199
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
T. Liu, T. T. Y. Wong, Z. J. Shen, Mar 2020, A Survey on Switching Oscillations in
Power Converters, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics,
Vol. 8, No. 1, pp. 893-908
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
T. Liu, R. Ning, T. T. Y. Wong, Z. J. Shen, Sept 2016, Modeling and Analysis of SiC
MOSFET Switching Oscillations, in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in
Power Electronics, Vol. 4, No. 3, pp. 747-756
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
์ ์์๊ฐ
์ ์ฌ์ค (Jae-Yoon Jeong)
Jae-Yoon Jeong received his B.S. degree in Physics from ChungAng University, Seoul,
South Korea, in 2021, where he is presently working towards his M.S. degree in Electrical
and Electronics Engineering.
๊ณฝ์์ (Sang-Shin Kwak)
Sang-Shin Kwak received his Ph.D. degree in Electrical Engineering from Texas A\&M
University, College Station, TX, USA, in 2005.
From 2007 to 2010, he was an Assistant Professor at Daegu University, Gyeongsan,
Korea.
Since 2010, he has been working at Chung-Ang University, Seoul, Korea, where he
is presently a Professor.
His current research interests include the design, modeling, control, and analysis
of power converters for electric vehicles and renewable energy systems as well as
the prognosis and fault tolerant control of power electronics systems.